JP5688911B2 - Film forming apparatus, system, and film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、金属ナノ粒子を生成する成膜装置、該成膜装置及びナノ構造体を製造するナノ構造体製造装置を含むシステム、及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus for generating metal nanoparticles, a system including the film forming apparatus and a nano structure manufacturing apparatus for manufacturing a nano structure, and a film forming method.
ナノメートルオーダの直径を有する金属ナノ粒子は、量子サイズ効果により、それ以上の大きさを有する金属粒子に比べて、新しい化学的、光学的、電磁気的機能を有することが知られており、様々な分野での利用が期待されている。このため、金属ナノ粒子を生成するために様々な研究が行われている。 Metal nanoparticles with diameters on the order of nanometers are known to have new chemical, optical, and electromagnetic functions compared to metal particles with larger sizes due to quantum size effects. Use in various fields is expected. For this reason, various studies have been conducted to produce metal nanoparticles.
金属ナノ粒子を製造する方法としては、化学的合成方法、機械的製造方法、電気的製造方法がある。このうち、機械的な力を用いて粉砕する機械的製造方法は、工程上不純物の混入により高純度の粒子を合成しにくく、ナノサイズの均一な粒子の形成ができない。 As a method for producing metal nanoparticles, there are a chemical synthesis method, a mechanical production method, and an electrical production method. Among these, the mechanical manufacturing method that uses mechanical force to pulverize makes it difficult to synthesize high-purity particles due to mixing of impurities in the process, and nano-sized uniform particles cannot be formed.
電気分解による電気的製造方法の場合、製造時間が長く、かつ濃度が低くて効率が悪い。 In the case of an electrical production method by electrolysis, the production time is long, the concentration is low, and the efficiency is poor.
化学的合成方法には、大きく気相法と液相法(液相還元法)がある。気相法では、気相中、高温より蒸発させた金属の蒸気を供給してガス分子と衝突させ、これを急冷することにより金属ナノ粒子を抽出する。プラズマや気体蒸発法を使用する気相法の場合、装置が高価になるため、低費用で均一な金属ナノ粒子の合成が可能な液相法が主に用いられている。 Chemical synthesis methods include a gas phase method and a liquid phase method (liquid phase reduction method). In the vapor phase method, metal vapor evaporated from a high temperature in the gas phase is supplied to collide with gas molecules, and the metal nanoparticles are extracted by rapidly cooling the vapor. In the case of a gas phase method using plasma or a gas evaporation method, an apparatus becomes expensive. Therefore, a liquid phase method capable of synthesizing uniform metal nanoparticles at low cost is mainly used.
液相法では、電子線を用いて液相にて還元反応を利用する(たとえば、特許文献1参照)。具体的には、例えば、液相法では、撹拌器を備えた反応容器内に金属陽イオン溶液と還元剤溶液とを添加し、これにより核の形成、成長を促して金属ナノ粒子を得る。その他、アーク放電やレーザーアブレーションにより金属ナノ粒子を得る方法も提案されている。 In the liquid phase method, a reduction reaction is used in the liquid phase using an electron beam (see, for example, Patent Document 1). Specifically, for example, in the liquid phase method, a metal cation solution and a reducing agent solution are added to a reaction vessel equipped with a stirrer, thereby promoting the formation and growth of nuclei to obtain metal nanoparticles. In addition, methods for obtaining metal nanoparticles by arc discharge or laser ablation have been proposed.
しかしながら、従来の製造方法では、触媒と担体との分離や、金属ナノ粒子を安定した分散状態で保持することが要求される。よって、金属ナノ粒子からカーボンナノチューブやシリコンナノワイヤを成長させるために、金属ナノ粒子が分散した状態で成膜チャンバ内に金属ナノ粒子を導入する必要があった。 However, in the conventional production method, it is required to separate the catalyst and the carrier and hold the metal nanoparticles in a stable dispersed state. Therefore, in order to grow carbon nanotubes or silicon nanowires from metal nanoparticles, it was necessary to introduce the metal nanoparticles into the deposition chamber in a state where the metal nanoparticles were dispersed.
一方で、通常の大気中(酸素雰囲気中)では金属ナノ粒子は表面積が広く、激しく酸化するため取り扱いが難しく、金属ナノ粒子を分散安定剤に混ぜて分散状態を安定化させる必要がある。よって、金属ナノ粒子をPVP(ポリビニルピロリドン)等の分散安定剤に混ぜて分散状態を安定化させることが行われていた。したがって、金属ナノ粒子に混ぜ合わされた分散安定剤を除去してから、金属ナノ粒子を種にカーボンナノチューブやシリコンナノワイヤの成長プロセスを開始する必要があった。しかしながら、金属ナノ粒子から分散安定剤を除去するには、分散安定剤を燃やす等多くの手間がかかっていた。 On the other hand, in normal air (in an oxygen atmosphere), metal nanoparticles have a large surface area and are vigorously oxidized and are difficult to handle, and it is necessary to mix metal nanoparticles with a dispersion stabilizer to stabilize the dispersion state. Therefore, it has been performed that metal nanoparticles are mixed with a dispersion stabilizer such as PVP (polyvinylpyrrolidone) to stabilize the dispersion state. Therefore, after removing the dispersion stabilizer mixed with the metal nanoparticles, it is necessary to start the growth process of carbon nanotubes and silicon nanowires using the metal nanoparticles as seeds. However, removal of the dispersion stabilizer from the metal nanoparticles took a lot of trouble such as burning the dispersion stabilizer.
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、分散安定剤を使用せずに金属ナノ粒子を成膜することが可能な、新規かつ改良された成膜装置、システム及び成膜方法を提供することにある。 In view of the above problems, the object of the present invention is to provide a new and improved film forming apparatus, system and film forming method capable of forming metal nanoparticles without using a dispersion stabilizer. It is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内部が真空状態に保持され、基板が載置された処理容器と、金属含有原料溶液を超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を前記処理容器内に放出する超音波噴霧器と、前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器の内部を前記基板に向けて移動する際に通過する空間に配設され、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解する温度調整器と、を備え、前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有し前記金属含有原料溶液が充填された液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものであり、前記超音波噴霧器は、前記処理容器の上部にて前記処理容器と一体化していて、前記液滴が、前記超音波噴霧器の底面側からその下部に位置する前記処理容器の真空内部に放出され、前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記基板に成膜することを特徴とする成膜装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, the inside of the processing container in which the substrate is held in a vacuum state and the substrate is placed, and the metal-containing raw material solution are atomized by ultrasonic waves and atomized. An ultrasonic sprayer for discharging droplets of the metal-containing raw material solution into the processing container, and a space through which the discharged droplets of the metal-containing raw material solution move when moving inside the processing container toward the substrate. And a temperature controller for thermally decomposing mist-like droplets of the released metal-containing raw material solution, and the ultrasonic sprayer has an opening in the lower portion, and the metal-containing raw material solution is and filled liquid tank is obtained by joining a transducer unit connected to the ultrasonic vibrator and the horn-shaped fitting in the opening in a liquid-tight manner with a bonding sealing elastic member, the ultrasonic nebulizer, the the processing chamber and integral with the upper part of the processing vessel The droplets are discharged from the bottom surface side of the ultrasonic sprayer into the vacuum inside the processing vessel located at the bottom thereof, and are generated from the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution by the thermal decomposition. A film forming apparatus is provided, wherein the metal nanoparticles are formed on the substrate.
かかる構成によれば、超音波噴霧器を用いて金属含有原料溶液を霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を処理容器内に放出する。放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴は、前記処理容器の内部に設けられた温度調整器により熱分解される。これにより、金属含有原料溶液の霧状の液滴から金属ナノ粒子を生成することができ、生成された金属ナノ粒子をそのまま基板に成膜することができる。以上から、本発明によれば、分散安定剤を使用せずに金属ナノ粒子を成膜することができる。 According to such a configuration, the metal-containing raw material solution is atomized using an ultrasonic atomizer, and the atomized droplets of the metal-containing raw material solution are discharged into the processing container. The mist-like droplets of the released metal-containing raw material solution are thermally decomposed by a temperature controller provided inside the processing container. Thereby, metal nanoparticles can be generated from the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution, and the generated metal nanoparticles can be directly formed on the substrate. As described above, according to the present invention, metal nanoparticles can be formed without using a dispersion stabilizer.
前記超音波噴霧器は、超音波により前記金属含有原料溶液をナノサイズの金属含有原料溶液の液滴に霧化させてもよい。 The ultrasonic atomizer may atomize the metal-containing raw material solution into droplets of nano-sized metal-containing raw material solution by ultrasonic waves.
前記処理容器内に還元性ガスを導入し、前記温度調整器の熱及び前記導入された還元性ガスを用いて前記金属含有原料溶液の霧状の液滴を還元反応させて前記金属ナノ粒子を取り出してもよい。 A reducing gas is introduced into the processing vessel, and the metal nanoparticles are reacted by reducing the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution using the heat of the temperature controller and the introduced reducing gas. You may take it out.
前記金属含有原料溶液の液滴は、不活性ガスからなるキャリアガスにより運搬するようにしてもよい。 You may make it carry the droplet of the said metal containing raw material solution with the carrier gas which consists of inert gas.
前記温度調整器は、触媒となるタングステンと還元性ガスとを用いて温度調整器化学蒸着法により前記金属ナノ粒子を取り出してもよい。 The temperature controller may take out the metal nanoparticles by a temperature controller chemical vapor deposition method using tungsten as a catalyst and a reducing gas.
前記基板上に付着する金属ナノ粒子は、単層膜であってもよい。 The metal nanoparticles deposited on the substrate may be a single layer film.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属含有原料溶液から金属ナノ粒子を生成する成膜装置と、前記成膜装置に連結され、前記成膜装置から搬出された基板を真空搬送する真空搬送機構と、前記真空搬送機構に連結され、前記真空搬送機構を真空搬送された基板を搬入し、前記基板上の金属ナノ粒子からナノ構造体を製造するナノ構造体製造装置と、を備えたシステムであって、前記成膜装置は、内部が真空状態に保持され、基板が載置された処理容器と、金属含有原料溶液を超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を前記処理容器内に放出する超音波噴霧器と、前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器の内部を前記基板に向けて移動する際に通過する空間に配設され、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解する温度調整器と、を有し、前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有し前記金属含有原料溶液が充填された液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものであり、前記超音波噴霧器は、前記処理容器の上部にて前記処理容器と一体化していて、前記液滴が、前記超音波噴霧器の底面側からその下部に位置する前記処理容器の真空内部に放出され、前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記載置された基板に成膜することを特徴とするシステムが提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a film forming apparatus that generates metal nanoparticles from a metal-containing raw material solution, and a film forming apparatus that is connected to the film forming apparatus and carried out from the film forming apparatus. A vacuum transport mechanism for vacuum transporting the prepared substrate, and a nanostructure that is connected to the vacuum transport mechanism and that transports the vacuum transported substrate through the vacuum transport mechanism to produce a nanostructure from metal nanoparticles on the substrate An apparatus for manufacturing a body, wherein the film forming apparatus is atomized by ultrasonically atomizing a processing container in which the inside is maintained in a vacuum state and a substrate is placed, and a metal-containing raw material solution by ultrasonic waves. An ultrasonic sprayer that discharges the droplets of the released metal-containing raw material solution into the processing container, and the droplets of the discharged metal-containing raw material solution that pass when moving inside the processing container toward the substrate Disposed in the space to be released It has a mist of droplets of thermally decomposing temperature controller of the metal-containing raw material solution that is, wherein the ultrasonic nebulizer, a liquid tank in which the metal-containing raw material solution having an opening at the bottom is filled The vibrator unit in which an ultrasonic vibrator and a horn-shaped metal fitting are connected to the opening is liquid-tightly joined by a joint seal elastic body, and the ultrasonic sprayer is disposed at an upper portion of the processing container . The droplets are integrated with the processing container, and the droplets are discharged from the bottom surface side of the ultrasonic sprayer to the inside of the processing container located in the lower part thereof, and the metal-containing raw material solution is atomized by the thermal decomposition. A system is provided that deposits metal nanoparticles generated from droplets on a substrate that has been previously described.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属含有原料溶液を、前記金属含有原料溶液が充填された液タンクを備えた超音波噴霧器から出力された超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を、内部が真空状態に保持され前記超音波噴霧器の下部にて前記超音波噴霧器と一体化した処理容器内に放出するステップと、前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器に載置された基板に向けて移動する際に通過する前記処理容器内の空間に配設された温度調整器により、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解するステップと、前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記載置された基板に成膜するステップと、を含み、前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有する液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものである、成膜方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a metal-containing raw material solution is obtained by ultrasonic waves output from an ultrasonic sprayer including a liquid tank filled with the metal-containing raw material solution. Discharging the atomized droplets of the atomized metal-containing raw material solution into a processing vessel integrated inside the ultrasonic sprayer at a lower portion of the ultrasonic sprayer, the inside of which is maintained in a vacuum state; The discharged metal-containing material solution is discharged by a temperature controller disposed in a space in the processing container that passes when the droplet of the metal-containing raw material solution moves toward the substrate placed on the processing container. Thermally decomposing mist droplets of the raw material solution; and depositing metal nanoparticles generated from the mist droplets of the metal-containing raw material solution on the substrate described above by the thermal decomposition; , only including, the ultrasonic spray Is obtained by bonding the liquid-tight by a liquid tank and the opening to the ultrasonic transducer and the horn-shaped vibrator unit connected to the fitting joint sealing elastic body having an opening at the bottom, the deposition A method is provided.
以上説明したように本発明によれば、分散安定剤を使用せずに金属ナノ粒子を成膜することができる。 As described above, according to the present invention, metal nanoparticles can be formed without using a dispersion stabilizer.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[システムの全体構成]
まず、本発明の一実施形態に係るシステムの全体構成について、図1を参照しながら説明する。システム10は、成膜装置100、真空搬送機構200及びナノチューブ製造装置300を有する。
[System overall configuration]
First, the overall configuration of a system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
成膜装置100の内部は真空雰囲気に保持されている。成膜装置100は、金属含有原料溶液から金属ナノ粒子を生成し、この金属ナノ粒子の単層膜をウエハWに成膜する。
The inside of the
真空搬送機構200は、成膜装置100とナノチューブ製造装置300との間にて各装置と連結する。ウエハWは、搬送バルブV1を開いて成膜装置100から搬出され、図示しない搬送アーム等の搬送機構を用いて真空搬送機構200内を真空搬送され、搬送バルブV2を開いてナノチューブ製造装置300に搬入される。
The
ナノチューブ製造装置300は、真空搬送機構200から搬入されたウエハW上の金属ナノ粒子を成長させてナノチューブを製造する。ナノチューブ製造装置300はナノ構造体製造装置の一例であり、ナノチューブはナノ構造体の一例である。ナノ構造体の種類としては、金属ナノ粒子の成長物としてナノチューブやナノワイヤ、酸化金属ナノ粒子の成長物、カーボンナノ構造体などが挙げられる。
The
[成膜装置の内部構成]
次に、本実施形態に係る成膜装置100の内部構成について、図2を参照しながら説明する。成膜装置100は、超音波噴霧器110及び処理容器150を有している。超音波噴霧器110は、処理容器150の上部にて処理容器150と一体化している。超音波噴霧器110は、金属含有原料溶液の一例としての金属塩122を超音波により霧化し、霧化された金属塩122の液滴を処理容器150の内部に放出する。本実施形態では、超音波噴霧器110は、処理容器150の上部に配置されているが、処理容器150の内部に配置されていてもよい。
[Internal configuration of deposition system]
Next, the internal configuration of the
超音波霧化装置110は、下部に開口部を有する液タンク112と、この開口部に超音波振動子114とホーン状の金具116とを接続した振動子ユニット118を接合シール用弾性体120によって液密に接合したものである。超音波霧化装置110は、真空状態になっている。液タンク112には、金属塩122及びキャリアガスとしてヘリウムガスが充填されている。
The
金属塩溶液としては、例えば塩化銀、塩化金等の金属ナノ粒子の元となる金属が含まれた溶液が挙げられる。キャリアガスとしては、例えばヘリウムガス等の不活性ガスを使用することができる。ただし、後述する温度調整器152の配置された空間Aを金属塩の液滴が通過する際に熱伝導率がよいキャリアガスとしてヘリウムを用いることが好ましい。
Examples of the metal salt solution include a solution containing a metal that is a source of metal nanoparticles such as silver chloride and gold chloride. As the carrier gas, for example, an inert gas such as helium gas can be used. However, it is preferable to use helium as a carrier gas having good thermal conductivity when the metal salt droplets pass through a space A in which a
超音波霧化装置110は、超音波振動子114に接続された駆動用回路122によって超音波振動子114を振動させ、ホーン状の金具116によって振動を増幅し、金属塩用溶液122の液面を霧化する。これにより、金属塩の液滴が、超音波霧化装置110の底面側からその下部に位置する処理容器150の真空内部に放出され、下方に拡散していく。このようにして、本実施形態では、超音波により金属塩溶液をナノサイズの液滴Mbに霧化することができる。
The
処理容器150の底部には載置台156が設けられている。載置台156の上にはウエハWが載置されている。処理容器150の底部には排気口160が形成されている。排気口160には真空ポンプ等の排気装置158が連結されている。内部は、排気装置158により処理容器150の内部を排気することにより、処理容器150内は真空状態に保たれている。
A mounting table 156 is provided at the bottom of the
処理容器150の内部中央には、温度調整器152が設置されている。温度調整器152は、触媒反応のある金属のタングステンから形成されたワイヤWirから主に形成されている。ワイヤWirは、タングステンに限られず高温に耐えられる金属(高融点材料)であればよい。ワイヤWirは、処理容器150の内部の空間Aの横方向全体に這い回されている。温度調整器152の配置位置は処理容器150の中央に限られず、処理容器150内に放出された金属塩の液滴Mbが、処理容器150の内部をウエハWに向けて移動する際に通過する空間に配設されていればよい。ただし、温度調整器152の配置が、あまりにウエハWに近いと金属ナノ粒子の成膜の均一性が保たれなくなる。
A
これにより、金属塩の液滴Mbは、温度調整器152の表面近傍を通過するようになっている。ワイヤWirには電源154が接続されている。電源154には、通常、直流電源又は交流電源が用いられる。温度調整器152には電源154から電力が供給される。ワイヤWirは、電源154から出力された電力により所望の高温(例えば、1000℃程度)に加熱され、その温度を維持するように調整される。
Accordingly, the metal salt droplet Mb passes through the vicinity of the surface of the
温度調整器152は、触媒となるタングステンと還元性ガスとを用いて温度調整器化学蒸着法により金属ナノ粒子Maを取り出す。具体的には、高温になっているワイヤWirの近傍を金属塩の液滴Mbが通過すると、金属塩の液滴Mbは、ワイヤWirからの熱により熱分解し、ワイヤWirを形成するタングステンによる触媒反応により酸化反応や還元反応が生じる。例えば、本実施形態では、還元性ガスとして水素ガスH2が導入される。そうすると、温度調整器152が配置された空間Aでは、還元反応が起こり、金属塩(塩化銀、塩化金等)が水素と反応して金属となり、金属塩の液滴Mbに含まれるC成分やO成分が分解されて揮発性物質となって金属塩の液滴Mbから分離される。これにより、金属塩の液滴MbからC成分やO成分を取り除き、金属ナノ粒子Maだけを抽出することができる。
The
抽出された金属ナノ粒子Maは、拡散しながら温度調整器152の下方に載置されたウエハWまで到達する。これにより、ウエハW上には、金属ナノ粒子Maが成膜される。これにより、本実施形態では、各金属ナノ粒子Maが上から下へと移動する際の各粒子の拡散を生かして成膜を行う。これにより成膜の均一性を図ることができる。
The extracted metal nanoparticles Ma reach the wafer W placed under the
ウエハW上に成膜される金属ナノ粒子Maは、単層膜である。複数層を成膜すると金属ナノ粒子Ma同士がつながってしまい、せっかく超音波噴霧器110を用いてナノサイズの粒子まで小さくしたにもかかわらず、大きな粒子となってウエハW上に成膜されたことになり、後工程でのナノチューブやナノワイヤの種付けという役割を果たさなくなる。よって、ウエハW上に成膜される金属ナノ粒子Maは一層であればよい。よって、本実施形態の成膜装置100にて実施されるプロセスは、通常の成膜プロセスに比べてレートに関して考慮する必要がほとんどないプロセスといえる。したがって、本実施形態の成膜装置100では、その内部構成によって成膜レートが低くなる可能性があったとしても問題はない。
The metal nanoparticles Ma formed on the wafer W are single layer films. When a plurality of layers are formed, the metal nanoparticles Ma are connected to each other. Even though the
なお、還元性ガスは水素ガスH2以外の他の還元性ガスを用いることができる。また、キャリアガスは不活性ガスであればどのガスでもよい。ただし、前述の通り、キャリアガスにヘリウムガスを用いることが好ましい。これは、金属塩の液滴Mbをキャリアガスとしてのヘリウムガスにより運搬させ、高温で触媒反応のある金属のワイヤWir近傍の空間Aを通過させるとき、ヘリウムガスは熱伝導率がよいので金属塩の液滴Mbの化学反応を促進しやすいためである。 Incidentally, the reducing gas may be used instead of the reducing gas other than hydrogen gas H 2. The carrier gas may be any gas as long as it is an inert gas. However, as described above, it is preferable to use helium gas as the carrier gas. This is because when the metal salt droplet Mb is transported by the helium gas as the carrier gas and passes through the space A in the vicinity of the metal wire Wir which has a catalytic reaction at a high temperature, the helium gas has a good thermal conductivity. This is because the chemical reaction of the droplet Mb is easily promoted.
金属ナノ粒子Maとしては例えば、金、銀に限られず、銅、ニッケル、また、複数の金属の合金など金属のナノ粒子体であればいずれであってもよい。酸化金属ナノ粒子であってもよい。酸化金属ナノ粒子としては例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化亜鉛、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。 The metal nanoparticles Ma are not limited to gold and silver, for example, and may be any metal nanoparticle such as copper, nickel, or an alloy of a plurality of metals. Metal oxide nanoparticles may also be used. Examples of the metal oxide nanoparticles include titanium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, iridium oxide, zinc oxide, silicon oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide.
[ナノチューブ製造装置の内部構成]
次に、本実施形態に係るナノチューブ製造装置300の内部構成について、図3を参照しながら説明する。図3は、本実施形態に係るナノチューブ製造装置としてのRLSA(Radial Line Slot Antenna)プラズマCVD装置である。なお、ナノチューブ製造装置300は、RLSAプラズマCVD装置に限られず、容量結合型(平行平板型)プラズマ処理装置、誘導結合型(ICP:Inductive Coupling Plasma)プラズマ処理装置、電子サイクロトロン方式(ECR:Electron Cyclotron Resonance)のプラズマ処理装置など種々のプラズマ処理装置を使用することができる。
[Internal structure of nanotube manufacturing equipment]
Next, the internal configuration of the
前述したように、金属ナノ粒子Maが成膜されたウエハWは、真空状態を維持したまま、真空搬送機構200を通ってRLSAプラズマCVD装置(ナノチューブ製造装置300)内の載置台315まで搬送される。RLSAプラズマCVD装置では、搬入されたウエハW上の金属ナノ粒子を成長させてナノチューブを製造する。
As described above, the wafer W on which the metal nanoparticles Ma are formed is transferred to the mounting table 315 in the RLSA plasma CVD apparatus (nanotube manufacturing apparatus 300) through the
RLSAプラズマCVD装置は、天井面が開口された円筒状の反応容器302を有している。天井面の開口には、シャワープレート305が嵌め込まれている。反応容器302とシャワープレート305とは、反応容器302の内壁の段差部とシャワープレート305の下面外周部との間に配設されたOリング310により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Uが形成される。たとえば、反応容器302はアルミニウム等の金属からなり、シャワープレート305はアルミニウム等の金属または誘電体からなり、電気的に接地されている。
The RLSA plasma CVD apparatus has a
反応容器302の底部には、ウエハWを載置するサセプタ(載置台)315が絶縁体320を介して設置されている。サセプタ315には、整合器325aを介して高周波電源325bが接続されていて、高周波電源325bから出力された高周波電力により反応容器302の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、サセプタ315の内部には冷却ジャケット335が設けられ、ウエハWを冷却するために冷却水を供給する。
On the bottom of the
シャワープレート305は、その上部にてカバープレート340により覆われている。カバープレート340の上面には、ラジアルラインスロットアンテナ345が設けられている。ラジアルラインスロットアンテナ345は、多数の図示しないスロットが形成されたディスク上のスロット板345aと、スロット板345を保持するディスク上のアンテナ本体345bと、スロット板345aとアンテナ本体345bとの間に設けられ、アルミナなどの誘電体から形成される遅相板345cと、から構成されている。ラジアルラインスロットアンテナ345には、同軸導波管350を介してマイクロ波発生器355が設置されている。
The
反応容器302には、真空ポンプ(図示せず)が取り付けられていて、ガス排出管360を介して反応容器302内のガスを排出することにより、反応容器302内の圧力を10-4〜10-1Paに保持する。また、載置台315に配設されている図示しない電気加熱部材及び冷却ジャケット335を用いて、ウエハWの板温度を500〜850℃程度に保持する。
A vacuum pump (not shown) is attached to the
ガス供給源365は、バルブVの開閉およびマスフローコントローラMFCの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のガスを反応容器302の内部に供給するようになっている。
The
この状態で、導波管350を介してマイクロ波を反応容器302内に導入する。また、ガス供給源365からナノチューブ生成用のガスを反応容器302内に導入する。供給されたガスは、マイクロ波のエネルギーにより分解され、プラズマとなる。生成されたプラズマは、ウエハWに衝突し、ウエハW表面で反応する。これにより、図4に示したように、ウエハW上の金属ナノ粒子MaをシードとしてナノチューブMcを成長させることができる。
In this state, microwaves are introduced into the
なお、金属ナノ粒子の成長物は、チューブ状であってもワイヤ状であってもよい。これにより、ウエハW上の金属ナノ粒子Maを種として、ナノチューブ又はナノワイヤを成長させることができる。 The metal nanoparticle growth may be in the form of a tube or a wire. Thereby, nanotubes or nanowires can be grown using the metal nanoparticles Ma on the wafer W as seeds.
このようにして、本実施形態に係るナノチューブ製造装置300により、図4に示したようにナノチューブMc等のナノ構造体が成長する。ナノ構造体としては、フラーレン、フラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノワイヤ等が主として挙げられる。
In this way, a nanostructure such as the nanotube Mc grows as shown in FIG. 4 by the
以上に説明したように、本実施形態に係る成膜装置100では、金属塩溶液にキャリアを混ぜ、超音波噴霧器110にて金属塩溶液を霧化させ、その液滴Mbを処理容器150の内部に放出する。放出された金属塩溶液の霧状の液滴Mbは、処理容器150の内部に設けられた温度調整器152により熱分解される。これにより、金属塩の液滴Mbに含まれるC成分やO成分が分解されて揮発性物質となって処理容器外に排出される。これにより、金属塩の液滴MbからC成分やO成分を取り除き、金属ナノ粒子Maだけを抽出することができる。
As described above, in the
通常の大気中(酸素雰囲気中)では金属ナノ粒子は表面積が広く、激しく酸化するため取り扱いが難しく、金属ナノ粒子を分散安定剤に混ぜて分散状態を安定化させる必要がある。しかしながら、本実施形態に係るシステム10では、ウエハW上の金属ナノ粒子Maを大気中に暴露することなく、成膜装置100から真空搬送機構200を介してナノチューブ製造装置300まで搬送する。
In normal air (in an oxygen atmosphere), the metal nanoparticles have a large surface area and oxidize vigorously, making it difficult to handle them. It is necessary to stabilize the dispersion state by mixing the metal nanoparticles with a dispersion stabilizer. However, in the
さらに、ナノチューブ製造装置300においても真空雰囲気にて金属ナノ粒子MaからナノチューブMcを成長させる。このように本実施形態ではすべての処理を真空雰囲気中で行うため、金属ナノ粒子用の分散安定剤を不要とすることができる。これにより、成長プロセスを開始する前に分散安定剤を除去する工程をなくすことができる。
Further, the
上記実施形態に係る成膜装置において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、成膜装置の実施形態を、成膜方法の実施形態とすることができる。 In the film forming apparatus according to the above-described embodiment, the operations of the respective units are related to each other, and can be replaced as a series of operations and a series of processes in consideration of the mutual relationship. Thereby, embodiment of the film-forming apparatus can be made into embodiment of the film-forming method.
これにより、金属含有原料溶液を、超音波噴霧器から出力された超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を内部が真空状態に保持された処理容器内に放出するステップと、前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器に載置された基板に向けて移動する際に通過する前記処理容器内の空間に配設された温度調整器により、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解するステップと、前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記載置された基板に成膜するステップと、を含む成膜方法の実施形態が実現可能となる。 Thereby, the metal-containing raw material solution is atomized by ultrasonic waves output from the ultrasonic sprayer, and the atomized metal-containing raw material solution droplets are discharged into a processing container whose inside is maintained in a vacuum state; and The discharged metal-containing raw material solution droplets are discharged by a temperature controller disposed in a space in the processing container that passes when moving toward the substrate placed on the processing container. Thermally decomposing mist-like droplets of the metal-containing raw material solution, and depositing metal nanoparticles generated from the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution on the substrate described above by the pyrolysis The embodiment of the film forming method including the step of performing can be realized.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、ナノ構造体製造装置の一例としてのナノチューブ製造装置によりナノチューブを成長させたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明に係るナノ構造体製造装置では、ナノ構造体として、フラーレン、フラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノワイヤ等を製造することができる。 For example, in the above embodiment, the nanotube is grown by the nanotube manufacturing apparatus as an example of the nanostructure manufacturing apparatus, but the present invention is not limited to such an example. In the nanostructure manufacturing apparatus according to the present invention, fullerenes, fullerene derivatives, carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanowires, and the like can be manufactured as nanostructures.
また、例えば、上記実施形態では、ウエハ上に金属ナノ粒子を成膜したが、本発明はかかる例に限定されず、基板上に金属ナノ粒子を成膜してもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the metal nanoparticles are formed on the wafer. However, the present invention is not limited to this example, and the metal nanoparticles may be formed on the substrate.
10 システム
100 成膜装置
110 超音波噴霧器
112 液タンク
114 超音波振動子
116 ホーン状の金具
118 振動子ユニット
120 接合シール用弾性体
122 駆動回路
150 処理容器
152 温度調整器
154 電源
156 載置台
158 排気装置
160 排気口
200 真空搬送機構
300 ナノチューブ製造装置
304 反応容器
306 導波管
308 マイクロ波源
310 ガス供給源
312 ガスライン
314 排気口
316 排気装置
318,320,322 マグネットコイル
Ma 金属ナノ粒子
Mb 金属塩の液滴
Mc ナノチューブ
W ウエハ
Wir ワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
金属含有原料溶液を超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を前記処理容器内に放出する超音波噴霧器と、
前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器の内部を前記基板に向けて移動する際に通過する空間に配設され、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解する温度調整器と、を備え、
前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有し前記金属含有原料溶液が充填された液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものであり、
前記超音波噴霧器は、前記処理容器の上部にて前記処理容器と一体化していて、前記液滴が、前記超音波噴霧器の底面側からその下部に位置する前記処理容器の真空内部に放出され、
前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記基板に成膜することを特徴とする成膜装置。 A processing container in which the inside is maintained in a vacuum state and a substrate is placed;
An ultrasonic atomizer that atomizes the metal-containing raw material solution by ultrasonic waves and discharges the atomized droplets of the metal-containing raw material solution into the processing container;
The discharged metal-containing raw material solution droplets are disposed in a space through which the droplets of the metal-containing raw material solution pass when moving toward the substrate inside the processing container. A temperature regulator for pyrolysis, and
The ultrasonic sprayer is used for bonding and sealing a liquid tank having an opening at the bottom and filled with the metal-containing raw material solution, and a vibrator unit in which an ultrasonic vibrator and a horn-shaped metal fitting are connected to the opening. It is liquid-tightly joined by an elastic body,
The ultrasonic sprayer is integrated with the processing container at the upper part of the processing container, and the droplets are discharged from the bottom side of the ultrasonic sprayer to the vacuum inside the processing container located at the lower part thereof,
A film forming apparatus, wherein metal nanoparticles generated from mist droplets of the metal-containing raw material solution by the thermal decomposition are formed on the substrate.
前記温度調整器の熱及び前記導入された還元性ガスを用いて前記金属含有原料溶液の霧状の液滴を還元反応させて前記金属ナノ粒子を取り出すことを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。 Introducing a reducing gas into the processing vessel;
The metal nanoparticles are taken out by reducing the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution using the heat of the temperature controller and the introduced reducing gas, and taking out the metal nanoparticles. The film-forming apparatus of description.
前記成膜装置に連結され、前記成膜装置から搬出された基板を真空搬送する真空搬送機構と、 A vacuum transfer mechanism connected to the film forming apparatus and for vacuum transferring a substrate unloaded from the film forming apparatus;
前記真空搬送機構に連結され、前記真空搬送機構を真空搬送された基板を搬入し、前記基板上の金属ナノ粒子からナノ構造体を製造するナノ構造体製造装置と、を備えたシステムであって、 A nanostructure manufacturing apparatus that is coupled to the vacuum transfer mechanism, carries a substrate that has been vacuum transferred through the vacuum transfer mechanism, and manufactures a nanostructure from metal nanoparticles on the substrate; ,
前記成膜装置は、 The film forming apparatus includes:
内部が真空状態に保持され、基板が載置された処理容器と、 A processing container in which the inside is maintained in a vacuum state and a substrate is placed;
金属含有原料溶液を超音波により霧化し、霧化された金属含有原料溶液の液滴を前記処理容器内に放出する超音波噴霧器と、 An ultrasonic atomizer that atomizes the metal-containing raw material solution by ultrasonic waves and discharges the atomized droplets of the metal-containing raw material solution into the processing container;
前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器の内部を前記基板に向けて移動する際に通過する空間に配設され、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解する温度調整器と、を有し、 The discharged metal-containing raw material solution droplets are disposed in a space through which the droplets of the metal-containing raw material solution pass when moving toward the substrate inside the processing container. A temperature regulator for pyrolysis, and
前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有し前記金属含有原料溶液が充填された液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものであり、 The ultrasonic sprayer is used for bonding and sealing a liquid tank having an opening at the bottom and filled with the metal-containing raw material solution, and a vibrator unit in which an ultrasonic vibrator and a horn-shaped metal fitting are connected to the opening. It is liquid-tightly joined by an elastic body,
前記超音波噴霧器は、前記処理容器の上部にて前記処理容器と一体化していて、前記液滴が、前記超音波噴霧器の底面側からその下部に位置する前記処理容器の真空内部に放出され、 The ultrasonic sprayer is integrated with the processing container at the upper part of the processing container, and the droplets are discharged from the bottom side of the ultrasonic sprayer to the vacuum inside the processing container located at the lower part thereof,
前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記載置された基板に成膜することを特徴とするシステム。 A system in which metal nanoparticles generated from mist-like droplets of the metal-containing raw material solution by the thermal decomposition are formed on a substrate placed as described above.
前記放出された金属含有原料溶液の液滴が前記処理容器に載置された基板に向けて移動する際に通過する前記処理容器内の空間に配設された温度調整器により、前記放出された金属含有原料溶液の霧状の液滴を熱分解するステップと、 The discharged metal-containing raw material solution droplets are released by a temperature controller disposed in a space in the processing container that passes when moving toward the substrate placed on the processing container. Pyrolyzing the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution;
前記熱分解により前記金属含有原料溶液の霧状の液滴から生成された金属ナノ粒子を前記載置された基板に成膜するステップと、を含み、 Depositing metal nanoparticles generated from the mist-like droplets of the metal-containing raw material solution by the thermal decomposition on the previously placed substrate, and
前記超音波噴霧器は、下部に開口部を有する液タンクと、前記開口部に超音波振動子とホーン状の金具とを接続した振動子ユニットを接合シール用弾性体によって液密に接合したものである、成膜方法。 The ultrasonic sprayer is a liquid tank having an opening in the lower part, and a vibrator unit in which an ultrasonic vibrator and a horn-shaped metal fitting are connected to the opening in a liquid-tight manner by a joint seal elastic body. There is a film forming method.
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